[发明专利]一种适用于狭窄空间的高续航能力飞行器及控制方法在审

专利信息
申请号: 201810202916.3 申请日: 2018-03-13
公开(公告)号: CN108298070A 公开(公告)日: 2018-07-20
发明(设计)人: 雷瑶;王金利;汪长炜;纪玉霞;吴智泉 申请(专利权)人: 福州大学
主分类号: B64C27/08 分类号: B64C27/08;G05D1/08
代理公司: 福州元创专利商标代理有限公司 35100 代理人: 蔡学俊;薛金才
地址: 350002 福*** 国省代码: 福建;35
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摘要:
搜索关键词: 大支撑臂 小支撑臂 续航能力 飞行器 旋转方向相反 升力旋翼 狭窄空间 支撑臂 旋翼 飞行控制系统 有效载荷单元 对称设置 机体内部 同一水平 有效载荷 室外 垂直 狭窄 承载 室内 矛盾
【说明书】:

发明公开了一种适用于狭窄空间的高续航能力飞行器及控制方法,飞行器包括机体、位于机体内部的飞行控制系统、设置于机体底部的有效载荷单元和连接在机体周围且在同一水平面的六个支撑臂;所述六个支撑臂包括两个大支撑臂和四个小支撑臂,两个大支撑臂位于机体前后相对侧,且成一直线,四个小支撑臂两两对称设置于机体左右相对侧,且与大支撑臂垂直,每个大支撑臂端部设有一升力旋翼,每个小支撑臂端部设有一控制旋翼,两个升力旋翼的旋转方向相反,相邻两个控制旋翼的旋转方向相反。本发明用于通过狭窄的空间飞行,设计结合了宽度有限,敏捷度高,续航能力强的矛盾要求,同时承载重要的有效载荷,适用于室内和室外。

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域,特别涉及一种适用于狭窄空间的高续航能力飞行器及控制方法。

背景技术

无人机有各种尺寸,固定翼或旋转,用于执行各种任务应用,主要在遥感领域。目前,对旋转无人机在有限空间应用的兴趣日益增长,更具体地说,走廊,室内和室外。潜在的应用包括搜索倒塌的建筑物,搜查警察在房屋里的罪犯,并检查果树和果园之间的果园和葡萄园。旋转无人机通过走廊飞行的主要挑战是有限的宽度和所需的灵活性,特别是在风和阵风导致飞行器漂移的户外条件下。为了检查狭窄空间的较高区域,摄像机必须连接到地面车辆上方几米的杆上。这就需要一个系统来抵消由地形粗糙引起的地面机器人的倾斜,以保持摄像机稳定(并且在树木之外)。而飞行器可以不受地形的影响(山坡,山坡,坑洼,雨季泥泞的地形...)。

为了飞行器在狭窄空间飞行控制,使用多功能飞机通过走廊飞行的主要缺点是,尽管它已经很紧凑,宽度限制却迫使小型螺旋桨的使用与它们必须携带的重量相比。这导致控制效率较低,续航能力较差,如小于1m的典型四轴飞行器Pelican AscTec,只能航行20分钟或更短。

发明内容

针对上述现有技术的不足,本发明提出一种适用于狭窄空间的高续航能力飞行器及控制方法,通过合理的旋翼配置,使飞行器敏捷性最大化,通过给予每个转子不同的信号,可得到任何期望的升力和扭矩组合。

为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种适用于狭窄空间的高续航能力飞行器,包括机体、位于机体内部的飞行控制系统、设置于机体底部的有效载荷单元和连接在机体周围且在同一水平面的六个支撑臂;所述六个支撑臂包括两个大支撑臂和四个小支撑臂,两个大支撑臂位于机体前后相对侧,且成一直线,四个小支撑臂两两对称设置于机体左右相对侧,且与大支撑臂垂直,每个大支撑臂端部设有一升力旋翼和一直接驱动升力旋翼的直流无刷电机,每个小支撑臂端部设有一控制旋翼和一直接驱动控制旋翼的直流无刷电机;所述飞行控制系统包括飞行控制器、数据采集单元、图像处理单元、前置摄像机,所述前置摄像机安装于机体前侧中间位置,所述数据采集单元与飞行控制器连接,用于采集飞行器的高度数据、姿态数据和位置数据,所述图像处理单元分别与飞行控制器和前置摄像机连接,用于根据颜色和纹理分割对前置摄像机拍摄的图像进行实时处理,以查找地面、障碍物和天空,从而估计飞行器相对于狭窄空间中间的相对位置。

进一步地,所述数据采集单元包括惯性测量单元、GPS单元、气压传感器、安装在机体底部的超声波高度传感器。

进一步地,所述升力旋翼的尺寸大于控制旋翼的尺寸。

进一步地,所述有效载荷单元下设有起落架。

进一步地,所述机体为长方体。

基于上述的高续航能力飞行器的控制方法,两个升力旋翼的旋转方向相反,相邻两个控制旋翼的旋转方向相反,两个升力旋翼以恒定速度旋转,以保持机体在飞行中的悬停,飞行控制器根据图像处理单元产生的相对位置估计和轨迹并结合数据采集单元所采集的数据计算飞行器当前和期望的位置、姿态和速度,控制四个控制旋翼的直流无刷电机转速,从而控制飞行器位置和姿态,实现飞行器在狭窄空间中的飞行。

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